DE20201132U1

DE20201132U1 - Optoelektronische Vorrichtung

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Publication number: DE20201132U1
Application number: DE20201132U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2002-01-26
Filing date: 2002-01-26
Publication date: 2002-05-23
Anticipated expiration: 2012-01-27

Description

SICKAG
Sebastian-Kneipp-Straße 1, 79183 Waldkirch

Optoelektronische Vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung mit einem optischen Sende- und/oder Empfangselement.

Derartige Vorrichtungen können beispielsweise Laserscanner sein, die nach einem Lichtlaufzeitverfahren arbeiten. Von einer Laserdiode wird ein Lichtpuls ausgesandt, der bzw. dessen Reflex nach einer gewissen Laufzeit mittels einer Photodiode gemessen wird. Aus der Laufzeit können beispielsweise Entfernungen bestimmt werden.

Ein allgemeines Problem bei solchen optoelektronischen Vorrichtungen besteht in der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV). Dies gilt insbesondere für auf Lichtlaufzeit basierende Messverfahren, wegen der direkten EMV-Beeinflussung der Photodiode. Das Problem kann noch dadurch verstärkt werden, wenn wegen besonderer Vorschriften das Gehäuse der optoelektronischen Bauteile nicht an die externe Masse angebunden werden darf.

Die EMV-Beeinflussung ergibt sich durch die Einkopplung elektromagnetischer Wellen in die Photodiode und/oder deren Anschlussdrähten und/oder Bonddrähten. Eine Photodiode mit beispielsweise ca. 3 mm langen Bonddrähten wirkt

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insbesondere bei Verwendung eines hochohmigen Transimpedanzverstärkers wie eine aktive Empfangsantenne im Kurzwellenbereich. Dabei nimmt die &ldquor;Antenne" mit sehr kleiner Länge elektromagnetische Wellen auf. Die kleine Antennenspannung wird mit einem hochohmigen Verstärker abgenommen und aktiv an einen Wellenwiderstand von 50 &OHgr; angepasst. Beispielsweise bei einer &ldquor;Antennenlänge von ca. 3 mm liegen die einkoppelnden Störfrequenzen bei ca. 300 MHz.

Zur Lösung des EMV-Problems wurde gemäß der DE 195 15 365 C2 vorgeschlagen, die EMV-empfindlichen Bauteile über einen Lichtleiter mit dem optischen Messbereich zu verbinden und die EMV-empfindlichen Bauteile in einer ungestörten Umgebung unterzubringen. Dies hat den Nachteil, dass über einen Lichtleiter viel Lichtleistung verloren geht, so dass manche Anwendungen nicht mehr möglich sind und dass der Einbau von Lichtleitern sehr aufwändig ist, da Einkoppel- und Auskoppeloptiken notwendig sind.

Des weiteren ist es bekannt, auf das Glas von Photodioden eine elektrisch leitfähige, jedoch lichtdurchlässige Schicht aufzubringen. Eine sogenannte ITO-Schicht (Indium Tin Oxide) hat derartige Eigenschaften. Durch die Leitfähigkeit werden störende elektromagnetische Wellen gedämpft, aber optische Frequenzen werden kaum gedämpft. Allerdings ist eine solche Ausbildung kostenaufwändig und die Dämpfung der störenden Frequenzen nur unzureichend. Außerdem dämpft die ITO-Schicht die optischen Wellen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es. Aufgabe der Erfindung, eine optoelektronische Vorrichtung bereitzustellen, die einen verbesserten EMV-Schutz hat.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß ist das Sende- und/oder Empfangselement von einer rohrabschnittartigen Abschirmung umgeben, die zumindest eine leitende Oberfläche aufweist. Die Richtung des Lichtstrahl liegt in etwa in Richtung einer

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Längsachse der Abschirmung. Damit ist eine konstruktiv sehr einfache und damit kostengünstige Lösung erhalten, wobei es sich herausgestellt hat, dass mit einer derartigen einfachen Abschirmung ein effektiver EMV-Schutz erreicht wird ohne den optischen Strahlengang zu stören. Für ein Sendeelement bedeutet dies eine Abschirmung störender Abstrahlung und für ein Empfangselement eine Abschirmung gegenüber störenden elektromagnetischen Wellen.

Die Länge der Abschirmung sollte mindestens größer sein als die Summe der Länge des Sende- und/oder Empfangselements plus der Länge von Anschlussdrähten des Sende- und/oder Empfangselements. Grundsätzlich gilt, dass je länger die Abschirmung ist, desto besser ist der EMV-Schutz.

Wenn die Abschirmung einen trichterförmigen Abschnitt aufweist, ist der &ldquor;Sichtbereich" des optischen Sende- und/oder Empfangselements vergrößert. Das optische Element kann einen größeren Winkelbereich erfassen.

Bevorzugt besteht die Abschirmung aus einem Metall, da die Abschirmung dann eine optimale Leitfähigkeit besitzt. Alternativ könnte die Abschirmung aus Kunststoff mit einer elektrisch leitfähigen Oberfläche bestehen.

Um störende Reflexe, die an der Abschirmung auftreten könnten, zu vermeiden, weist die Abschirmung innenseitig eine optische Reflexe dämpfende oder absorbierende Oberfläche auf. Zusätzlich oder alternativ kann zur weiteren Unterdrückung von störenden Reflexionen die innenseitige Oberfläche rau oder konstruktiv als Strahlfalle ausgestaltet sein.

Bevorzugt findet die Erfindung in optoelektronischen Vorrichtungen Verwendung, in denen das Empfangselement eine Photodiode ist, da die Abschirmung in einfachster Weise über die Photodiode gestülpt werden kann.

Ebenso kann die erfindungsgemäße Abschirmung auch bei CMOS- oder CCD-Sensoren eingesetzt werden.

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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der einzigen Figur der Zeichnung ist ein Teil 10 einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung im Querschnitt dargestellt.

Der Teil 10 zeigt lediglich den lichtempfangenden Teil der optoelektronischen Vorrichtung, wobei in Pfeilrichtung 12 einfallendes Licht auf ein Empfangselement 14 trifft. Das Empfangselement kann eine dargestellte Photodiode 16, z.B. eine PIN- oder APD-Diode sein oder auch ein CMOS- oder CCD-Sensor sein. Die Photodiode 16 sitzt auf einer Leiterplatte 24, auf der weitere elektrische Komponenten 26,28,30,32 angeordnet sein können.

Die Photodiode 16 ist umgeben von einer Abschirmung 34, die rohrabschnittartig ausgebildet ist. Die Richtung 12 des einfallenden Lichtes liegt in etwa in Rohrlängsachsrichtung 36.

Damit die Abschirmung 34 elektromagnetische Wellen wirksam beeinflussen kann, muss zumindest eine Oberfläche 44 oder 46 elektrisch leitfähig sein. Dazu besteht die Abschirmung 34 bevorzugt aus Metall, insbesondere Messing. Es ist auch möglich, dass die Abschirmung 34 aus einem Kunststoff besteht und beispielsweise als Spritzgussteil kostengünstig ausgebildet ist, wobei der Kunststoff entweder leitfähig ist oder zumindest einer der Oberflächen 44 oder 46, bevorzugt 46, leitfähig ausgebildet wird, beispielsweise durch Metallisierung oder Bedampfung mit einer elektrisch leitfähigen Schicht.

Die Abschirmung 34 weist einen ersten Abschnitt 38 auf, dessen Querschnitt der Kontur der Photodiode 16 entspricht, so dass die Abschirmung 16 über die Photodiode 16 gestülpt werden kann. In der Regel wird der Querschnitt rund sein. Die Abschirmung 34 kann auf der Leiterplatte 24 aufsitzen und kann gegebenenfalls mit dieser verbunden, beispielsweise mit einem leitfähigen Kleber verklebt oder verlötet, werden.

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An den ersten Abschnitt 38, der sich bevorzugt bis an einen Rand 40 der Photodiode 16 erstreckt, schließt sich ein zweiter Abschnitt 42 an, dessen Länge so bemessen ist, dass sich einerseits eine gute EMV-Abschirmung ergibt und andererseits der zweite Abschnitt 42 sich konstruktiv nicht störend auf die Optik auswirkt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel vergrößert sich der zweite Abschnitt 42 im Querschnitt zu seinem freien Ende hin, damit Licht, das unter einem bestimmten Winkel zur Längsachse 36 einfällt, noch durch die Photodiode 16 nachgewiesen werden kann. Grundsätzlich gilt, dass für die EMV-Wirksamkeit der Abschirmung 34 der über die Photodiode 16 hinausstehende Abschnitt 42 von Bedeutung ist. Je länger die Abschirmung 34 und insbesondere der Abschnitt 42 ausgebildet ist und je kleiner der innere Durchmesser ist, desto besser ist die EMV-abschirmende Wirkung. Diese Forderungen müssen aber mit konstruktiven Forderungen und Forderungen der geometrischen Optik in Einklang gebracht werden. Zumindest sollte die Länge der Abschirmung 34 größer sein als die Länge der Photodiode 16.

Damit bei nicht exakt auf die Diode 16 auftreffendem Licht, das auf eine Innenseite 46 der Abschirmung 34 auftreffen kann, möglichst keine störenden Reflexionen entstehen, die dann eventuell von der Diode 16 empfangen würden und zu Signalstörungen führen, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Innenseite 46 eine optische Reflexe dämpfende Oberfläche aufweist. Dies kann im einfachsten Fall eine geschwärzte Oberfläche sein. Auch könnte die Oberfläche 46 aufgeraut sein, wodurch nicht nur störende optische Reflexe reduziert werden, sondern auch eine zusätzliche elektrische Dämpfung erreicht werden kann.

Die Erfindung wurde am Beispiel einer lichtempfangenden Photodiode beschrieben. Die Abschirmung kann aber auch an lichtsendenden Elementen mit gleicher Wirkung eingesetzt werden. Beispielsweise könnten die von einer gepulst betriebenen Lichtquelle ausgehenden Störungen unterdrückt werden.

Die Abschirmung 34 bewirkt, dass außer dem optischen Signal, also dem Licht mit relativ hoher Frequenz, keine elektromagnetische Strahlung aus anderen Quellen in das System gelangt. Die Abschirmung wirkt wie ein Hohlleiter, der eine untere

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Grenzfrequenz hat und so wie ein Hochpassfilter wirkt, dass lichtdurchlässig ist aber Hochfrequenzwellen sperrt. Die Abschirmung ist vor der Photodiode angebracht und damit vor der ersten Stufe des optisch elektrischen Systems. Durch die durch die Abmessungen der Abschirmung bedingte untere Grenzfrequenz werden Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz gedämpft. Da aber häufig eine bestimmte Mindestbandbreite notwendig ist, wird die Abschirmung 34 so ausgelegt, dass die EMV-Störamplituden so stark gedämpft werden, bis sie die Messungen nicht mehr beeinträchtigen.

Claims

1. Optoelektronische Vorrichtung mit einem optischen Sende- und/oder Empfangselement (14), dadurch gekennzeichnet, dass das Sende- und/oder Empfangselement (14) von einer rohrabschnittartigen Abschirmung (34) umgeben ist, die zumindest eine leitende Oberfläche (44) aufweist und das Licht in etwa in Richtung (12) einer Längsachse (36) der Abschirmung (34) einfällt bzw. ausgesandt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (34) eine Länge aufweist, die größer ist als die Länge des Sende- und/oder Empfangselements (16).

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (34) einen trichterförmigen Abschnitt (42) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (34) aus einem Metall besteht.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (34) innenseitig eine optische Reflexe dämpfende oder absorbierende Oberfläche (46) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (34) innenseitig eine raue Oberfläche (46) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (34) aus Kunststoff besteht mit einer elektrisch leitfähigen Oberfläche.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfangselement (14) eine Photodiode (16) ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfangselement ein CMOS- oder CCD-Sensor ist.